適用于孤東油田油井管桿的長(zhǎng)效緩蝕劑體系優(yōu)選研究

周璇，汪溢，胡澤文，杜偉

（長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢430100）

適用于孤東油田油井管桿的長(zhǎng)效緩蝕劑體系優(yōu)選研究

周璇，汪溢，胡澤文，杜偉

（長(zhǎng)江大學(xué)石油工程學(xué)院，湖北武漢430100）

針對(duì)孤東油田油井管桿腐蝕的特點(diǎn)，對(duì)長(zhǎng)效緩蝕劑體系進(jìn)行了室內(nèi)研究。采用靜態(tài)掛片失重法優(yōu)選出母體緩蝕劑的種類為勝利咪唑啉，加量為50 mg/L；選擇了阻垢劑(HEDP)、除氧劑(硫脲)、殺菌劑(陽離子殺菌劑)等添加劑；利用三因素三水平正交實(shí)驗(yàn)方法優(yōu)選出適用于孤東油田油井管桿的長(zhǎng)效緩蝕劑體系(GD)的基本配方組成：48%勝利咪唑啉+28%HEDP+14%硫脲+10%陽離子殺菌劑。

油井防腐；緩蝕劑；咪唑啉；靜態(tài)掛片失重法

近年來，在油田生產(chǎn)中一種常見的防腐緩蝕措施是用注入法[1]向井筒或儲(chǔ)罐等需要進(jìn)行防腐作業(yè)的環(huán)境里加入液體的緩蝕抑制劑[1]。

咪唑啉緩蝕劑[2]的緩蝕效果較理想，且也是在現(xiàn)今實(shí)踐中應(yīng)用最廣泛的一類緩蝕抑制劑[3]。水溶性咪唑啉[4]衍生物是一種新型的緩蝕劑，它可以與酸性介質(zhì)溶液中的某些氧化劑發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，降低它的電位，從而起到緩蝕的作用[4]。咪唑啉[2]環(huán)上氮原子會(huì)發(fā)生化合價(jià)的改變，當(dāng)其上的氮原子變?yōu)槲鍍r(jià)形式的季胺鹽后，由于帶負(fù)電荷的目的金屬表面會(huì)吸附季胺陽離子，所以將會(huì)對(duì)發(fā)生陽離子的放電產(chǎn)生較大影響，從而陽極反應(yīng)得到了有效的抑制[5]。此外，對(duì)陽離子緩蝕劑的靜電吸附[6]，季胺鹽上的陰離子也會(huì)產(chǎn)生較大的影響。由于以上多種起緩蝕因素的能夠協(xié)同作用[7]，所以使得咪唑啉緩蝕抑制劑的緩蝕效果顯著：（1）當(dāng)酸性介質(zhì)和目的金屬接觸時(shí)，季銨鹽咪唑啉緩蝕劑[7]可以在目的金屬的表面上形成單分子膜；（2）經(jīng)季銨化后，季銨鹽咪唑啉緩蝕劑[8]中咪唑啉的氮原子變成陽離子大分子，其很容易吸附在被表面帶負(fù)電荷的目的金屬表面的活性點(diǎn)上，這種吸附可以在很大程度上抑制氫離子放電作用，從而有效地抑制陰極反應(yīng)[9]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

本文中所用緩蝕劑為咪唑啉類緩蝕劑。所用方法為腐蝕靜態(tài)掛片法[10]。評(píng)價(jià)用試片為標(biāo)準(zhǔn)N80鋼片，孤東污水作為介質(zhì)，常壓，實(shí)驗(yàn)溫度60℃。進(jìn)行靜態(tài)掛片失重法試驗(yàn)。

腐蝕速率和緩蝕率的計(jì)算如下所示：

1腐蝕速率的計(jì)算由公式(1)給出：

式中：K—鋼片的腐蝕速率，g·m-2·h-1；

g0—鋼片腐蝕前的質(zhì)量，g；

g1—鋼片腐蝕后的質(zhì)量，g；

s—N80鋼片的表面積，m2；

t—腐蝕反應(yīng)進(jìn)行的時(shí)間，h。

②緩蝕率的計(jì)算由公式（2）給出：

式中：η—緩蝕率，%；

k0—空白樣（孤東污水為介質(zhì)）中鋼片的腐蝕速率，g·m-2·h-1；

k—介質(zhì)中加有緩蝕劑時(shí)鋼片的腐蝕速率，g·m-2·h-1。

1.1 母體緩蝕劑優(yōu)選

1.1.1 母體緩蝕劑種類優(yōu)選

本文針對(duì)孤東油田中緩蝕效果好，應(yīng)用較為廣泛的10種流體緩蝕劑，以此為基礎(chǔ)從中選擇出緩蝕效果較好的緩蝕劑作為母體緩蝕劑。

實(shí)驗(yàn)時(shí)間為72 h，10種緩蝕劑的加量均設(shè)置為50 mg·L-1，采用靜態(tài)掛片失重法對(duì)10種緩蝕劑進(jìn)行優(yōu)選。實(shí)驗(yàn)結(jié)果列入表1。

表1 10種緩蝕劑的緩蝕率Table1 The corrosion-inhibiting rate of ten kinds of corrosion inhibitors

從表1中可以得出：勝利咪唑啉的緩蝕效果最好，其腐蝕速率為0.059 3 g·m-2·h-1，緩蝕率高于90%；K料咪唑啉次之，其腐蝕速率為0.082 0 g·m-2·h-1，緩蝕率為88.1%。這兩種緩蝕劑的緩蝕效果最好。因此優(yōu)選出這兩種緩蝕劑進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)。1.1.2母體緩蝕劑加量?jī)?yōu)選

在上述實(shí)驗(yàn)對(duì)母體緩蝕劑的種類進(jìn)行初步優(yōu)選的基礎(chǔ)上，選擇勝利咪唑啉和K料咪唑啉這兩種緩蝕劑作進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)考察。分別將這兩種緩蝕劑的加量都設(shè)置10、30、50、70、90 mg·L-1的濃度梯度，實(shí)驗(yàn)時(shí)間為72 h，采用靜態(tài)掛片失重法對(duì)緩蝕劑的加量進(jìn)行優(yōu)選。

隨著加量的增大，勝利咪唑啉與K料咪唑啉的緩蝕率隨濃度的變化如圖1和圖2所示。

圖1 勝利咪唑啉緩蝕劑的緩蝕率隨濃度的變化Fig.1 The variation of the ShengLi imidazoline’s corrosion-inhibiting rate with concentration

圖2 K料咪唑啉緩蝕劑的緩蝕率隨濃度的變化Fig.2 The variation of the K-imidazoline’s corrosion-inhibiting rate with concentration

由圖1和圖2可以得出：隨著緩蝕劑濃度的增加，勝利咪唑啉及K料咪唑啉的緩蝕率均增加，但在加量濃度高于50 mg·L-1后，兩者的緩蝕率增加幅度均不大。在加量濃度為50 mg·L-1時(shí)，勝利咪唑啉的緩蝕率為90.2%，緩蝕效果較好；K料咪唑啉的緩蝕率為88.1%，緩蝕效果次之。最終綜合緩蝕效果及成本因素，緩蝕劑的種類確定為勝利咪唑啉，加量濃度確定為50 mg·L-1。

1.2 添加劑的選擇及配伍性研究

為了提高緩蝕劑的緩蝕效果且考慮除氧[12]、阻垢[13]、殺菌[14]等應(yīng)有作用，根據(jù)可用藥品的性質(zhì)、功效以及藥品實(shí)際應(yīng)用情況，選擇出效果好的添加劑。除氧劑選擇硫脲（白色晶體）[12]、阻垢劑選擇HEDP（有機(jī)磷酸類，白色粉末狀固體）[13]、殺菌劑選擇陽離子殺菌劑（吸附型季銨化合物）[14]；并對(duì)這三種添加劑進(jìn)行腐蝕速率和緩蝕率的測(cè)定。1.2.1添加劑的腐蝕速率和緩蝕率的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)時(shí)間為7 d，添加劑的加量均為50 mg·L-1，實(shí)驗(yàn)結(jié)果列入表2。

表2 三種緩蝕劑助劑的腐蝕速率及緩蝕率Table2 The corrosion rate and corrosion-inhibiting rate of three types corrosion inhibitor additives

由表2可以得出：硫脲的緩蝕率為78.5%；HEDP的緩蝕率為76.9%；緩蝕效果都比較好。

1.2.2 配伍性研究

將優(yōu)選加量的母體緩蝕劑即50 mg·L-1的勝利咪唑啉與三種加量均為50 mg·L-1的HEDP、硫脲、陽離子殺菌劑在500 mL的燒杯中相互混合均勻后，觀察其有無沉淀和絮凝等現(xiàn)象發(fā)生。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明無沉淀和絮凝現(xiàn)象，說明母體緩蝕劑和三種添加劑的配伍性[15]良好。

1.3 長(zhǎng)效緩蝕劑配方優(yōu)化

由以上母體緩蝕劑種類優(yōu)選實(shí)驗(yàn)、母體緩蝕劑加量?jī)?yōu)選實(shí)驗(yàn)、添加劑的緩蝕率測(cè)定及配伍性實(shí)驗(yàn)可以得出：50 mg·L-1的勝利咪唑啉的緩蝕效果最佳。選擇HEDP，硫脲，殺菌劑這三種添加劑作為緩蝕劑助劑。選取50 mg·L-1的勝利咪唑啉為母體緩蝕劑加量和種類，改變?nèi)N添加劑的加量，設(shè)計(jì)出三因素三水平正交[16]實(shí)驗(yàn)。三因素三水平實(shí)驗(yàn)表如表3所示。

表3 因素水平實(shí)驗(yàn)表Table3 Factors and levels

具體實(shí)驗(yàn)安排如表4所示。

表4 實(shí)驗(yàn)安排表Table4 Experiment arrangement

實(shí)驗(yàn)時(shí)間為72 h，采用靜態(tài)掛片失重法，依據(jù)上述正交實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果列入表5中。

表5 三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)測(cè)得緩蝕率Table5 The results of three factors and three levels orthogonal experiment

由表5可以得出，HEDP加量30 mg·L-1、硫脲加量15 mg·L-1、殺菌劑加量10 mg·L-1和HEDP加量為30 mg·L-1、硫脲加量為30 mg·L-1、陽離子殺菌劑加量為15 mg·L-1這兩種配方的緩蝕率都比較理想，但考慮到緩蝕劑的配伍性、協(xié)同增效及成本等因素，最終優(yōu)選出的配方為：50 mg·L-1勝利咪唑啉+30 mg·L-1HEDP+15 mg·L-1硫脲+10 mg·L-1陽離子殺菌劑。按質(zhì)量配比換算得到：48%勝利咪唑啉+28%HEDP+14%硫脲+10%陽離子殺菌劑，并將此體系命名為GD。

2 結(jié)論

（1）利用靜態(tài)掛片失重法優(yōu)選出了母體緩蝕劑的種類為勝利咪唑啉，最佳加量為50 mg/L；

（2）添加劑中，除氧劑選擇硫脲、阻垢劑選擇HEDP、殺菌劑選擇陽離子殺菌劑，實(shí)驗(yàn)證明添加劑與緩蝕劑的配伍性良好。

（3）采用三因素三水平實(shí)驗(yàn)方法優(yōu)選出了適用于孤東油田油井管桿的長(zhǎng)效緩蝕劑體系(GD)的基本配方：48%勝利咪唑+28%HEDP+14%硫脲+10%YL殺菌劑。

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Research on Optimization of Long-term Corrosion Inhibitor System for Gudong Oilfield

ZHOU Xuan,WANG Yi,HU Ze-wen,DU Wei
（College of Petroleum Engineering，Yangtze University，Hubei Wuhan 430100，China）

According to the characteristics of the oil well tube and rod’s corrosion in Gudong oilfield,an indoor study on long-term corrosion inhibitor system was carried out.Through static weight-loss method,Shengli imidazoline as the matrix corrosion inhibitor was chosen,and its dosage was 50 mg/L;and then HEDP as scale inhibitor,thiourea as deoxidant and benzethonium chloide as bactericide were chosen;By using three factors and three levels orthogonal experiment method,the basic recipe of long-term corrosion inhibitor system(GD)for the oil well tubes and rods in Gudong oilfield was determined as follows:48%ShengLi imidazoline+28%HEDP+14%thiourea+10% bactericide.

Protection of oil wells from corrosion;Corrosion inhibitor;Imidazoline;Static weight-loss method

TE357

A

1671-0460（2017）03-0419-03

2016-10-24

周璇（1992-），女，山東濟(jì)南人，碩士在讀，研究方向：從事油田化學(xué)及提高采收率方面的工作。E-mail：1024923859@qq.com。